I. Climate change comprises average temperatures rise, changes in the distribution of precipitation and an increased amount and intensity of extreme climatic events in the last decades. Considering these serious changes in the abiotic environment it seems obvious that ecosystems also change. Flora and fauna have to adapt to the fast changing conditions, migrate or go extinct. This might result in shifts in biodiversity, species composition, species interactions and in ecosystem functioning and services. Mountains play an important role in the research of these climate impacts. They are hotspots of biodiversity and can be used as powerful natural experiments as they provide, within short distances, the opportunity to research changes in the ecosystem induced by different climatic contexts. In this dissertation two approaches were pursued: i) surveys of biodiversity, trait dominance and assembly rules in communities depending on the climatic context and different management regimes were conducted (chapters II and III) and ii) the effects of experimental climate treatments on essential ecosystem features along the altitudinal gradient were assessed (chapters IV, V and VI). II. We studied the relative importance of management, an altitudinal climatic gradient and their interactions for plant species richness and the dominance of pollination types in 34 alpine grasslands. Species richness peaked at intermediate temperatures and was higher in grazed grasslands compared to non-managed grasslands. We found the climatic context and also management to influence the distribution and dominance structures of wind- and insect-pollinated plants. Our results indicate that extensive grazing maintains high plant diversity over the full subalpine gradient. Rising temperatures may cause an upward shift of the diversity peak of plants and may also result in changed species composition and adaptive potential of pollination types. III. On the same alpine grasslands we studied the impact of the climatic context along an altitudinal gradient on species richness and community assembly in bee communities. Species richness and abundance declined linearly with increasing altitude. Bee species were more closely related at high altitudes than at low altitudes. The proportion of social and ground-nesting species, as well as mean body size and altitudinal range of bees, increased with increasing altitude, whereas the mean geographic distribution decreased. Our results suggest that community assembly at high altitudes is dominated by environmental filtering effects, while the relative importance of competition increases at low altitudes. We conclude that ongoing climate change poses a threat for alpine specialists with adaptations to cool environments but low competitive capacities. IV. We determined the impacts of short-term climate events on flower phenology and assessed whether those impacts differed between lower and higher altitudes. For that we simulated advanced and delayed snowmelt as well as drought events in a multi site experiment along an altitudinal gradient. Flower phenology was strongly affected by altitude, however, this effect declined through the season. The manipulative treatments caused only few changes in flowering phenology. The effects of advanced snowmelt were significantly greater at higher than at lower sites, but altitude did not influence the effect of the other treatments. The length of flowering duration was not significantly influenced by treatments. Our data indicate a rather low risk of drought events on flowering phenology in the Bavarian Alps. V. Changes in the structure of plant-pollinator networks were assessed along an altitudinal gradient combined with the experimental simulation of potential consequences of climate change: extreme drought events, advanced and delayed snowmelt. We found a trend of decreasing specialisation and therefore increasing complexity in networks with increasing altitude. After advanced snowmelt or drought networks were more specialised especially at higher altitudes compared to control plots. Our results show that changes in the network structures after climate manipulations depend on the climatic context and reveal an increasing susceptibility of plant-pollinator networks with increasing altitude. VI. The aim of this study was to determine the combined effects of extreme climatic events and altitude on leaf CN (carbon to nitrogen) ratios and herbivory rates in different plant guilds. We found no overall effect of climate manipulations (extreme drought events, advanced and delayed snowmelt) on leaf CN ratios and herbivory rates. However, plant guilds differed in CN ratios and herbivory rates and responded differently to altitude. CN ratios of forbs (legume and non-legume) decreased with altitude, whereas CN ratios of grasses increased with altitude. Further, CN ratios and herbivory rates increased during the growing season, indicating a decrease of food plant quality during the growing season. Insect herbivory rates were driven by food plant quality. Contrasting altitudinal responses of forbs versus grasses give reason to expect changed dominance structures among plant guilds with ongoing climate change. VII. This dissertation contributes to the understanding of factors that determine the composition and biotic interactions of communities in different climates. The results presented indicate that warmer climates will not only change species richness but also the assembly-rules for plant and bee communities depending on the species' functional traits. Our investigations provide insights in the resilience of different ecosystem features and processes towards climate change and how this resilience depends on the environmental context. It seems that mutualistic interactions are more susceptible to short-term climate events than flowering phenology and antagonistic interactions such as herbivory. However, to draw more general conclusions more empirical data is needed. / I. Das Klima ändert sich: die Durchschnittstemperaturen steigen, die Niederschlagsverteilung ändert sich und sowohl die Anzahl als auch die Intensität von klimatischen Extremereignissen hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen. In Anbetracht dieser beträchtlichen Veränderungen in der abiotischen Umwelt scheint es offensichtlich, dass sich auch die Ökosysteme verändern. Flora und Fauna müssen sich an die sich schnell verändernden Bedingungen anpassen, wandern oder sie sterben aus. Dies kann zu Veränderungen in der Biodiversität, der Artzusammensetzung, den Ökosystemfunktionen sowie von Ökosystemdienstleistungen führen. Gebirge spielen eine wichtige Rolle in der Erforschung dieser Klimafolgen. Sie sind Biodiversitäts-Hotspots und können als großräumige natürliche Experimente genutzt werden, da sie die Möglichkeit bieten, innerhalb kurzer Distanzen Veränderungen im Ökosystem unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu untersuchen. In dieser Dissertation wurden zwei Ansätze verfolgt: i) Es wurden Untersuchungen zur Abhängigkeit von Biodiversität, der Dominanz von funktionalen Merkmalen sowie den Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Artengemeinschaften vom klimatischen Kontext sowie verschiedenen Management Regimen durchgeführt. ii) Die Effekte von Klimaexperimenten auf essentielle Ökosystemeigenschaften, biotische Interaktionen und Nahrungsnetze entlang eines Höhengradienten wurden untersucht. II. Die relative Bedeutung von Höhenlage, Bewirtschaftungsform sowie ihre Interaktionen für den Artenreichtum von Pflanzen und die Dominanz von Bestäubungstypen wurden in 34 alpinen Wiesen untersucht. Der Artenreichtum erreichte bei mittleren Temperaturen ein Maximum und war auf beweideten Flächen höher als auf nicht bewirtschafteten Wiesen. Wir stellten außerdem fest, dass sowohl der klimatische Kontext als auch die Bewirtschaftungsform die Verteilung und Dominanzstrukturen von wind- und insektenbestäubten Pflanzen beeinflusste. Unsere Ergebnisse zeigen, dass extensive Beweidung eine hohe Artenvielfalt über den gesamten subalpinen Gradienten erhält. Steigende Temperaturen könnten eine Verschiebung des Bereiches mit maximaler Artenvielfalt nach oben sowie veränderte Zusammensetzungen von Artengemeinschaften und Veränderungen in der Bedeutung von Bestäubungstypen als Anpassung verursachen. III. Auf den selben alpinen Wiesen untersuchten wir den Einfluss der klimatischen Gegebenheiten entlang des Höhengradienten auf die Artenzahl und die Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Wildbienen Artengemeinschaften. Die Artenzahl und Abundanz nahm mit zunehmender Höhe linear ab. Die Bienenarten in höheren Lagen waren näher miteinander verwandt als in niedrigen Lagen. Der Anteil sozialer, im Boden nistender Arten sowie die mittlere Körpergröße und Höhenverbreitung der Bienen nahm mit zunehmender Höhe zu, wohingegen die mittlere geographische Verbreitung der Arten abnahm. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Zusammensetzung von Artengemeinschaften in höheren Lagen primär vom Filtereffekt der Umwelt bestimmt wird, wohingegen der Einfluss von Konkurrenz in niedrigen Lagen an Bedeutung gewinnt. Wir folgern, dass der fortschreitende Klimawandel eine Gefährdung für alpine Spezialisten darstellt, die zwar Anpassungen an kühle Bedingungen aber oft eine nur geringe Konkurrenzfähigkeit aufweisen. IV. Wir untersuchten die Auswirkung von kurzzeitigen klimatischen Ereignissen auf die Blütenphänologie und analysierten, ob sich diese Auswirkungen zwischen hohen und tiefen Lagen unterscheiden. Dazu simulierten wir verfrühte und verspätete Schneeschmelze sowie Dürreereignisse in Experimenten auf multiplen Standorten entlang eines Höhengradienten. Die Blütenphänologie wurde von der Höhenlage stark beeinflusst, dieser Effekt nahm im Laufe der Saison allerdings ab. Die Manipulationen zeitigten nur wenige Effekte auf die Blühphänologie. Die Auswirkungen von verfrühter Schneeschmelze waren auf hohen Flächen signifikant höher als in niedrigen Lagen, es wurden jedoch keine Unterschiede für die anderen Behandlungen zwischen den Höhenstufen gefunden. Die Blühdauer wurde durch die Behandlungen nicht beeinflusst. Unsere Daten zeigen ein relativ geringes Risiko für die Blütenphänologie durch Dürreereignisse in den bayerischen Alpen auf. V. Veränderungen in der Struktur von Pflanzen-Bestäuber Netzwerken wurden entlang eines Höhengradienten in Kombination mit der experimentellen Simulation von potentiellen Konsequenzen des Klimawandels (extreme Dürre, verfrühte und verspätete Schneeschmelze) untersucht. Wir fanden einen Trend hin zu einem abnehmenden Spezialisierungsgrad und daher einer Zunahme der Komplexität in Netzwerken mit zunehmender Höhe. Die Netzwerke nach verfrühter Schneeschmelze und nach Dürre waren, insbesondere in höheren Lagen, stärker spezialisiert als in den Kontrollflächen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Veränderungen in den Netzwerkstrukturen nach Klimamanipulationen vom klimatischen Zusammenhang abhängen und zeigen auf, dass die Anfälligkeit von Pflanzen-Bestäuber Netzwerken mit der Höhe zunimmt. VI. Das Ziel dieser Studie war es die kombinierten Auswirkungen von kurzzeitigen klimatischen Ereignissen und Meereshöhe auf das CN (Kohlenstoff zu Stickstoff) Verhältnis in Blättern und den Blattfraß in verschiedenen Pflanzengruppen zu untersuchen. Wir fanden keinen Gesamteffekt der Klimamanipulationen (extremes Dürreereignis, verfrühte und verspätete Schneeschmelze) auf das CN Verhältnis und die Herbivorieraten. Die Pflanzengruppen unterschieden sich jedoch in ihrer Reaktion auf die Meereshöhe hinsichtlich ihres CN Verhältnisses und des Blattfraßes. Das CN Verhältnis in Gräsern nahm mit der Höhe zu, wohingegen das CN Verhältnis in den restlichen krautigen Pflanzen mit zunehmender Höhe abnahm. Außerdem nahmen CN Verhältnis und die Herbivorierate im Laufe der Saison zu, was auf eine Abnahme der Futterqualität im Saisonverlauf hindeutet. Die Herbivorieraten wurden von der Futterqualität der Pflanzen bestimmt. Die gegensätzlichen Muster von Gräsern und anderen krautigen Pflanzen über die Höhe lassen veränderte Dominanzstrukturen zwischen Pflanzengruppen mit fortschreitendem Klimawandel zu erwarten. VII. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zur Identifikation von Gesetzmäßigkeiten in der Zusammensetzung von Artengemeinschaften unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen. Die präsentierten Ergebnisse weisen darauf hin, dass ein wärmeres Klima nicht nur den Artenreichtum, sondern auch diese Gesetzmäßigkeiten für Pflanzen- und Bienenvergesellschaftungen in Abhängigkeit von den funktionellen Merkmalen der Arten verändern wird. Unsere Untersuchungen liefern Erkenntnisse über die Stabilität verschiedener Ökosystemaspekte und -prozesse gegenüber dem Klimawandel und wie diese Stabilität vom Umweltkontext abhängt. Es scheint, dass mutualistische Interaktionen anfälliger sind für kurzfristige Klimaereignisse als die Phänologie von Blüten oder antagonistische Interaktionen wie die Herbivorie. Um allgemeinere Rückschlüsse ziehen zu können bedarf es jedoch dringend weiterer empirischer Daten.

Wasps of the genus Polistes comprise over 200 species and are nearly cosmopolitan. They show a lack of physiological caste differentiation and are therefore considered as primitively eusocial. Furthermore, paper wasps are placed between the solitary living Eumenidae and the highly social organized Vespinae. Hence, they are often called a “key genus” for understanding the evolution of sociality. Particularly, Polistes dominula, with its small easy manageable nests and its frequent occurrence and wide distribution range is often the subject of studies. In Europe, the invasion of this species into northern regions is on the rise. Since little was known about the nesting behaviour of P. dominula in Central Europe, the basic principles about nesting were investigated in Würzburg, Germany (latitude 49°) by conducting a comprehensive field-study spanning three consecutive years. Furthermore, the thermoregulation of individual wasps in their natural habitat had not yet been investigated in detail. Therefore, their ability to respond to external hazards with elevated thorax temperatures was tested. In addition, different types of nest thermoregulation were investigated using modern methods such as infrared thermography and temperature data logger. In the present work, the investigation of basic nesting principles revealed that foundress groups (1-4 foundresses) and nests are smaller and that the nesting season is shorter in the Würzburg area than in other regions. The mean size of newly founded nests was 83 cells and the average nesting season was around 4.6 months. The queens neither preferred single (54%) nor multiple founding (46%) in this study. The major benefit of multiple founding is an increased rate of survival. During the three years of observation, only 47% of single-foundress colonies survived, whereas 100% of colonies that were built by more than two queens, survived. However, an influence of the number of foundresses on the productivity of colonies in terms of number of cells and pupae per nest has not shown up. However, the length of the nesting season as well as the nest sizes varied strongly depending on the climatic conditions of the preceding winter during the three consecutive years. In order to investigate the thermoregulatory mechanisms of individual adult P. dominula wasps, I presented artificial threats by applying smoke or carbon dioxide simulating fire and predator attacks, respectively, and monitored the thorax temperature of wasps on the nest using infrared thermography. The results clearly revealed that P. dominula workers recognized smoke and CO2 and reacted almost instantaneously and simultaneously with an increase of their thorax temperature. The maximal thorax temperature was reached about 65 s after the application of both stressors, but subsequently the wasps showed a different behaviour pattern. They responded to a longer application of smoke with moving to the exit and fled, whereas in case of CO2 the wasps started flying and circling the nest without trying to escape. No rise of the thorax temperature was detectable after an air blast was applied or in wasps resting on the nest. Additionally, the thorax temperatures of queens were investigated during dominance battles. I found that the thorax temperature of the dominant queens rose up to 5°C compared to that of subordinate queens that attacked the former. The study of active mechanisms for nest thermoregulation revealed no brood incubation or clustering behaviour of P. dominula. Furthermore, I found out that wing fanning for cooling the nest was almost undetectable (4 documented cases). However, I could convincingly record that water evaporation is most effective for nest cooling. By the direct comparison of active (with brood and adults) and non-active (without brood and adults) nests, the start of cooling by water evaporation was detected above maximum outside temperatures of 25°C or at nest temperatures above 35°C. The powerful role of water in nest cooling was manifested by an average decrease of temperature of a single cell of about 8°C and a mean duration of 7 min until the cell reached again its initial temperature. The investigation of passive thermoregulatory mechanisms revealed that the nest site choice as well as nest orientation appears to be essential for P. dominula wasps. Furthermore, I was able to show that the architecture of the nests plays an important role. Based on the presented results, it can be assumed that the vertical orientation of cells helps maintaining the warmth of nests during the night, whereas the pedicel assists in cooling the nest during the day. / Die Wespen-Gattung Polistes ist mit über 200 Arten nahezu auf der ganzen Welt vertreten. Da physiologische Unterschiede zwischen den Kasten fehlen, werden sie als primitiv eusozial eingestuft. Des Weiteren werden sie zwischen den solitär lebenden Eumenidae und den hoch eusozialen Vespinae eingeordnet. Sie werden daher oft als „Schlüssel-Gattung“ für das Verständnis der Evolution von Sozialität bezeichnet. Insbesondere Polistes dominula (Haus-Feldwespe) wird aufgrund der kleinen einfach zu handhabenden Nester, dem häufigen Vorkommen und der weiten Verbreitung vielfach für Studien genutzt. In Europa ist diese Wespenart auf dem Vormarsch in nördlichere Regionen. Bisher war kaum etwas über das Nistverhalten von P. dominula in Zentraleuropa bekannt. Daher wurde eine umfassende, drei aufeinanderfolgende Jahre andauernde Freilandstudie zu den Grundlagen des Nistverhaltens in Würzburg (Deutschland, Breitengrad 49°) durchgeführt. Auch die Thermoregulation der Einzeltiere wurde noch nie im Detail erforscht. Daher wurde ein Experiment durchgeführt, das aufzeigen sollte, ob diese Tiere die Fähigkeit besitzen, mit erhöhten Thoraxtemperaturen auf Gefahr zu reagieren. Zusätzlich kamen neuere Methoden wie die Infrarot-Thermographie und Temperaturdatenlogger zum Einsatz, um die verschiedenen Arten der Nestthermoregulation zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit über die Grundlagen des Nistverhaltens zeigte sich, dass im Vergleich zu anderen Regionen in Würzburg sowohl die Gruppengröße der Nestgründerinnen (1-4 Gründerinnen) als auch die Nester an sich kleiner sind (≈ 83 Zellen) und die Nestsaison kürzer (≈ 4,6 Monate). Die Königinnen bevorzugten weder die Gründung des Nestes allein (54%) noch zusammen mit mehreren Königinnen (46%). Der größte Vorteil einer Gründung der Nester durch mehrere Königinnen liegt in einer erhöhten Überlebensrate der Nester. In der drei Jahre andauernden Studie überlebten nur 47% der Nester, die von einer Königin gegründet wurden, während 100% der Völker, die von mehr als zwei Königinnen gegründet wurden, überlebten. Es konnte jedoch kein Einfluss der Anzahl an Gründerinnen auf die Produktivität (bezüglich der Anzahl von Zellen und Puppen) der Völker festgestellt werden. Allerdings variierten Saisonlängen und Nestgrößen stark in Abhängigkeit der klimatischen Bedingungen des vorangegangenen Winters in den drei aufeinanderfolgenden Jahren. Zur Untersuchung der thermoregulatorischen Mechanismen der adulten Tiere setzte ich künstliche Bedrohungen in Form von Rauch und Kohlendioxid ein, um entweder ein Feuer oder einen Raubtierangriff zu simulieren. Die Thoraxtemperaturen der auf dem Nest sitzenden Feldwespen wurde zeitgleich mit einer Thermokamera überwacht. Die Ergebnisse belegen eindeutig, dass P. dominula-Arbeiterinnen Rauch und CO2 wahrnehmen und beinahe unverzüglich und zeitgleich mit einer Erhöhung der Thoraxtemperatur reagieren. Nach der Applikation der beiden Stressoren war die maximale Temperatur nach durchschnittlich 65 s erreicht, allerdings zeigten die Wespen unterschiedliche Verhaltensmuster. Auf eine längere Rauchapplikation reagierten sie mit Flucht, während sie im Fall von CO2 fliegend das Nest umkreisten, ohne zu fliehen. Nach der Gabe eines Luftstoßes oder bei ruhenden Wespen war kein Anstieg der Thoraxtemperatur nachweisbar. Zusätzlich wurden die Thoraxtemperaturen von Königinnen bei Dominanzkämpfen untersucht. Ich verzeichnete einen Anstieg der Thoraxtemperatur der dominanten Königin um bis zu 5°C im Vergleich zu der Temperatur der untergeordneten Königin, die die dominante angriff. Die Studie der aktiven Mechanismen der Nestthermoregulation belegte, dass bei P. dominula kein Heizen der Brut oder „Clustern“ stattfindet. Des Weiteren war Fächeln zur Kühlung des Nestes so gut wie nicht feststellbar (4 dokumentierte Fälle). Allerdings war ich in der Lage nachzuweisen, dass die Verdunstung von Wasser für die Kühlung des Nestes sehr effektiv ist. Durch den direkten Vergleich von aktiven (mit Brut und adulten Tieren) und nicht-aktiven (ohne Brut und adulten Tieren) Nestern konnte der Beginn des Kühlens bei einer maximalen Außentemperatur von über 25°C oder einer Nesttemperatur von über 35°C ermittelt werden. Die wichtige Rolle, die Wasser für die Nestkühlung spielt, zeigte sich zum Einen durch die mittlere Abkühlung einer einzelnen Zelle von ca. 8°C und zum Anderen durch eine durchschnittliche Dauer von 7 min, bis die Zelle wieder ihre Ausgangstemperatur erreichte. Die Untersuchung der passiven Mechanismen zur Nestthermoregulation zeigte, dass sowohl die Wahl des Nistplatzes als auch die Orientierung des Nestes für die Haus-Feldwespe essentiell ist. Darüber hinaus war ich in der Lage nachzuweisen, dass die Architektur des Nestes eine entscheidende Rolle spielt. Auf der Grundlage der vorgestellten Ergebnisse kann angenommen werden, dass die nach unten ausgerichteten Zellen helfen, das Nest nachts zu wärmen, während der Stiel des Nestes hilft, das Nest tagsüber zu kühlen.

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Die equine rezidivierende Uveitis (ERU) ist eine sehr häufig auftretende autoimmune Augenerkrankung bei Pferden, welche meist mit dem Verlust der Sehfähigkeit der betroffenen Augen einhergeht. Da die ERU das einzig spontane Tiermodell für die humane autoimmune Uveitis darstellt, ist die Erforschung der zugrundeliegenden Pathomechanismen der ERU nicht nur veterinärmedizinisch, sondern auch für die Humanmedizin von großer Bedeutung. Charakteristisch für die ERU sind der Zusammenbruch der Blut-Retina-Schranke (BRS) und die Infiltration von autoaggressiven T-Lymphozyten in das innere Auge mit anschließender Zerstörung retinaler Strukturen. Beim Pferd wird die BRS, aufgrund der weitestgehend avaskulären Retina, hauptsächlich von der äußeren Komponente der BRS gebildet, dem retinalen Pigmentepithel (RPE). Im physiologischen Zustand stellt das RPE durch feste Zell-Zellverbindungen sowohl eine stabile mechanische, als auch durch seine Fähigkeit, mit Mediatoren des Immunsystems kommunizieren und interagieren zu können, eine effektive immunologische Barriere dar. Die im Verlauf der ERU stattfindenden pathophysiologischen Mechanismen, welche für den Zusammenbruch dieser Barriere verantwortlich sind, konnten bislang nicht ausreichend geklärt werden. Vor allem Änderungen im Expressionsmuster des Zelloberflächenproteoms könnten hierbei aufgrund der ständigen Interaktion und Kommunikation der RPE-Zellen mit ihrer Umgebung eine entscheidende Rolle spielen. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit, differentiell regulierte Zelloberflächen-proteine zwischen gesunden und uveitischen RPE-Zellen zu detektieren, welche maßgeblich an der Pathogenese der ERU beteiligt sein könnten. Um so nah wie möglich die am RPE in vivo stattfindenden physiologischen und pathophysiologischen Prozesse widerspiegeln zu können, wurden RPE-Zelloberflächenproteine von gesunden und an ERU erkrankten Pferden in dieser Studie mittels einer neuartigen in situ Biotinylierungsmethode angereichert und anschließend massenspektrometrisch analysiert. Dabei konnten insgesamt 148 Proteine identifiziert werden, von denen 81,8 % Plasmamembranproteine waren, was deutlich für den Erfolg der neuartigen Anreicherungsmethode sprach. Unter den 148 insgesamt identifizierten Proteinen befanden sich 27 differentiell regulierte Proteine, wovon in uveitischem RPE drei hoch- und 24 herunterreguliert waren. Neben den für RPE-Zellen klassischen Proteinen wie RPE65, Rhodopsin und S-Arrestin konnten auch mehrere Proteine detektiert werden, die unseres Wissens zuvor noch nicht in RPE-Zellen beschrieben wurden, wie der Glukosetransporter 4, Synaptotagmin 1 und Peripherin 2. Funktionell besonders interessant fanden wir die vier Proteine Synaptotagmin 1, Basigin, Collectrin und Perpherin 2, welche alle mit einer verminderten Expression in uveitischem RPE zu finden waren. Interessanterweise ergab sich aus einer Pathway-Analyse für alle vier Proteine eine Beteiligung an „Visual Functions“ und „Immunological Diseases“. Mittels weiterführender Analysen wie der Durchflusszytometrie, der Immunhistologie und der Quantifizierung der Protein-Fluoreszenzintensitäten ist es gelungen die bereits massenspektrometrisch identifizierte verminderte Expression von Synaptotagmin 1, Basigin, Collectrin und Perpherin 2 zu verifizieren und die Proteine näher zu charakterisieren. Die in dieser Arbeit präsentierte neuartige in situ Biotinylierungsmethode zur Anreicherung von Oberflächenproteinen, welche anschließend mittels LC-MS/MS identifiziert wurden, erwies sich als sehr effektive und innovative Methode, um Oberflächenproteine so nah wie möglich in ihrem physiologischen und pathophysiologischen in vivo Vorkommen zu untersuchen. Daher liefert der in dieser Arbeit generierte Datensatz der differentiell regulierten Proteine zwischen gesunden und uveitischen RPE-Zellen eine solide Grundlage für weitere funktionelle Analysen zur Aufklärung der Pathogenese der ERU. / Equine recurrent uveitis (ERU) is a highly prevalent autoimmune eye disease in horses, which usually results in blindness of affected eyes. Since ERU is the only spontaneous animal model for human autoimmune uveitis, investigations of underlying pathomechanisms of ERU are not only of high importance for veterinary medicine, but also for human medicine. Characteristic features of ERU are the breakdown of blood-retinal barrier (BRB) and infiltration of autoaggressive T-lymphocytes into the inner eye with subsequent destruction of retinal structures. The BRB of the horse is, due to its widely avascular retina, formed by the outer component of the BRB, the retinal pigment epithelium (RPE). Based on its strong cell-cell connections, the RPE constitutes a solid mechanical barrier and due to its ability to communicate and interact with mediators of the immune system, an effective immunological barrier under physiological conditions, as well. Pathophysiological mechanisms taking place in course of ERU, which are responsible for the breakdown of BRB, were not sufficiently clarified to date. In this context, especially changes of cell surface proteome could play a decisive role due to the continuous communication and interaction of the RPE cells with their environment. Therefore, the goal of this study was to detect differentially expressed cell surface proteins of healthy and uveitic RPE cells, which might crucially contribute to the pathogenesis of ERU. To reflect physiological and pathophysiological processes taking place at the RPE as close as possible to the in vivo situation, cell surface proteins of RPE cells of healthy and ERU diseased horses were captured by a novel in situ biotinylation method and afterwards analyzed by mass spectrometry. Thereby, a total of 148 proteins were identified, of which 81.8 % were plasma membrane proteins, representing the success of this novel enrichment method. 27 of 148 totally identified proteins were differentially expressed. Among these, three proteins were upregulated and 24 proteins were downregulated in uveitic RPE. In addition to proteins typically expressed by RPE cells like RPE65, rhodopsin and S-arrestin, several proteins like glucose transporter 4, synaptotagmin 1 and peripherin 2 were detected, which to our knowledge were not described in RPE cells so far. Of high functional interest to us were four proteins, namely synaptotagmin 1, basigin, collectrin and peripherin 2, which were all downregulated in uveitic RPE cells. Interestingly, a pathway analysis showed involvement of all four proteins in “visual functions” and “immunological diseases”. By performing further analysis such as flow cytometry, immunohistochemistry and quantification of fluorescence intensities, reduced expression of synaptotagmin 1, basigin, collectrin and peripherin 2, which were identified by mass spectrometry, was verified and the proteins were further characterized. In this study, a novel in situ biotinylation method used for cell surface protein enrichment with following identification of these proteins by LC-MS/MS was undertaken. The method proved to be an effective and innovative method to investigate cell surface proteins as closely as possible to their physiological and pathophysiological appearance in vivo. Therefore, the data set of differentially regulated proteins of healthy and uveitic RPE cells, which was generated within the present study, sets a great foundation for further functional analysis for clarifying the pathogenesis of ERU.

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